DE2845408C3

DE2845408C3 - N-(2-Methyl-1 -naphthyD-maleinimid, Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung

Info

Publication number: DE2845408C3
Application number: DE2845408A
Authority: DE
Inventors: Frank Carl Gurnee Becker; Jorge Pengman Libertyville Li
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 1977-10-19
Filing date: 1978-10-18
Publication date: 1980-08-28
Also published as: ES473960A1; BE871358A; AU517091B2; SE7810722L; IT1099976B; CA1099729A; AU4027278A; DE2845408A1; JPS5463071A; IT7828870A0; GB2007209A; FR2406628B1; BR7806883A; JPS5826911B2; GB2007209B; SE430061B; CH633775A5; AR219770A1; PH15045A; DE2845408B2

Description

Es ist bekannt, daß synthetische filmbildende Materialien, wie die bei der Herstellung von Kunststoffilmen bzw. -folien und Geweben aus synthetischen Fasern oder Cellulosefasern verwendeten, dem Angriff durch Bakterien oder Fungi ausgesetzt sind. Dies ist besonders Herstellern von Produkten bekannt, die auf Außenflächen und/oder unter solchen Bedingungen angewendet werden, die zur Aufnahme unerwünschter Fungus- und Bakterien-Mikroorganismen empfänglich sind.

Um Angriffe durch Bakterien oder Fungi und die damit verbundene Zerstörung des so angegriffenen Polymer- oder Cellulosematerials oder des Substrats, auf das diese aufgebracht sind, zu verhindern, wurden von den Herstellern von Kunststoffolien bzw. -filmen oder Geweben routinemäßig verschiedene Biozide verwendet. Viele der gegenwärtig verwendeten industriellen Biozide sind Organometallverbindungen, wie Arsen-Verbindungen; sie werden sehr erfolgreich angewendet zur Verhütung des durch Bakterien oder Fungi verursachten Abbaus von Kunststoffen. Aus Gründen des Umweltschutzes jedoch sind Organometallverbindungen für einige industrielle Zwecke, für die Biozide benötigt werden, unerwünscht geworden.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer nicht-metallischen, biozid wirksamen Verbindung, die einen Schutz polymerer Substrate jeglicher Art ermöglicht, z. B. von Filmbildnern, Kunststoffen, Cellulosematerialien.

Die Erfindung betrifft somit den Gegenstand der Ansprüche.

Es hat sich gezeigt, daß eine celluloseartige, formbare oder filmbildende Polymerzusammensetzung, im zu einer kontinuierlichen Form gewirkten, gewebten, geformten oder stranggepreßten Zustand, sowie Pflanzen oder Nutz- oder Feldfrüchte gegen den Angriff durch Bakterien oder Fungi geschützt werden können, wenn man diese Substrate mit dem erfindungsgemäßen N-(2-Methylnaphthyl)-maleinimid durch Einarbeiten oder Überziehen behandelt.

Die erfindungsgemäße Verbindung stellt ein Homologes einer Verbindung aus der US 24 44 536 dar, jedoch weist sie im Gegensatz zu dem dort als Fungizid und Insektizid beschriebenen N-(l-NaphthyI)-maleinimid zusätzlich zu der fungiziden Wirksamkeit starke antibakterielle Eigenschaften auf. So stellt die erfindungsgemäße Verbindung ein wirksames und sehr nützliches, landwirtschaftliches und industrielles Biozid dar; sie kann leicht eingearbeitet werden in oder aufgebracht werden auf die Oberfläche von Kunststoffen, Polymeren, Cellulosematerialien, Pflanzen, Früchten bzw. Saatgut und ähnlichen organischen Substraten. In Konzentrationen von 0,005 bis 5,0 Gew.-% schützt die neue Verbindung diese Substrate vollständig fjegen Bakterien oder Fungi, die sich häufig in der Umwelt befinden. Darüber hinaus verliert die erfindungsgemäße Verbindung im Gegensatz zu gewöhnlich verwendeten Bioziden, einschließlich der Arsen-Verbindungen, ihre Wirksamkeit bei Bestrahlung mit UV-Licht nicht

Behandelt man ein Substrat mit der erfindungsgemäßen Verbindung, wird das Wachstum von Bakterien oder Fungi auch in Flächen verhindert, die sich im Kontakt mit der Oberfläche des behandelten Substrats befinden, insbesondere wenn diese Verbindung im oberen Bereich der vorstehend genannten Konzentration vorliegt.

In der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck »filmbildend« oder »folienbildend« Polymerteilchen beschreiben, die als trockenes, teilchenförmiges Material oder in flüssiger, gelöster, suspendierter, verklebter, kontinuierlicher oder jeglicher anderen Form vorliegen, insbesondere einschließlich der endgültigen Form, für die diese Teilchen bestimmt sind. Der hier verwendete Ausdruck »formbar« wird in ähnlich breiter Definition angewendet und soll polymere Materialien umfassen, die zu der endgültigen Form stranggepreßt, im Spritzgußverfahren oder im Preßformverfahren verarbeitet werden können. Der Ausdiuck »cellulo^eartig« soll vorwiegend Baumwolle bezeichnen, umfaßt jedoch auch Cellulose-Derivate, in denen die Cellulose-Grundstruktur des Fasermaterials chemischen Änderungen unterzogen wurde, die die Anzahl der wiederkehrenden Einheiten der Cellulose-Struktur materiell nicht verändern.

Die erfindungsgemäße Verbindung ist besonders geeignet zur Behandlung von Leder, Ledersubstitutionsprodukten, Holz oder Kunststoffproduklen, oder für Stoffe, die hergestellt wurden aus Cellulose- oder Olefin-Polymeren, die zu Strukturen gewirkt, gewebt, stranggepreßt oder geformt wurden, die für Freiluftbedingungen bestimmt sind, wie Oberbekleidung, Zelte, Schuhe bzw. Stiefel, Riemen bzw. Gürtel, Siegeltuch bzw. ölkleidung, Auskleidungen für Schwimmbäder oder Feldfrüchte. Das neue Biozid kann in gleicher Weise nützlich Anwendung finden als Zusatz zu industriellen Fluiden, z. B. Kühlwasser, Kohlenwasserstofffluiden Metallschneidflüssigkeiten; es kann aufgrund seiner bioziden Wirksamkeit auch eingearbeitet werden in Kosmetika und selbstverständlich in Anstriche aller Arten, einschließlich Alkyd-Anstrichmitteln, Anstrichmitteln auf Ölbasis oder Latexbasis.

bo Sollen Feldfrüchte oder Nutzpflanzen mit der erfindungsgemäßen Verbindung geschützt werden, so verwendet man benetzbare Pulver oder emulgierbare Konzentrate, am besten in Form eines wäßrigen Sprays, das 0,001 bis 1,0 Gew.-% des Fungizids und vorzugsweise 0,01 bis 0,5% enthält. Diese Zusammensetzungen können landwirtschaftlich brauchbare Verdünnungsmittel, sowie auch 0,01 bis 0,1 Gew.-% eines Benetzungsmittels, wie ein Alkylsulfat, ein Alkylarylsulfonat, ein

Sulfosuccinat, einen Polyäthylenglykoläther enthalten. Stäubende Pulver, die mit der erfindungsgemäßen Verbindung und fein verteilten inerten Verdünnungsmitteln hergestellt wurden, enthalten das Fungizid vorzugsweise auch in der vorstehenden Konzentration. Beim Arbeiten in Anwesenheit einer niedrigen Fettsäure wird diese beispielsweise in einem Volumen von 0,2 bis 1,61 pro Mol der Reaktionskomponenten eingesetzt, wobei man im angegebenen Bereich, handelt, der erhalten wurde, beispielsweise durch Auftrag einer Überzugsformulierung durch Streichauftrag, Sprühüberziehen oder Tauchüberzug auf das Substrat, mit anschließendem Trocknen. Diese Überzugsmethoden sind in erster Linie anwendbar, wenn es sich bei dem kontinuierlichen Substrat um ein gewebtes oder gewirktes Cellulosematerial oder um Holz handelt In den meisten Fällen werden das Substrat und die Flächen, die sich damit in Kontakt befinden, ebenfalls

vorzugsweise während mindestens 30 Minuten und 10 von der Zerstörung durch den Angriff durch Bakterien

oder Fungi geschützt

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung wird im folgenden Beispiel erläutert

insbesondere während 1 bis 5 Stunden erwärmt Nur niedrige Fettsäuren, insbesondere Eisessig, Prop;onsäure und Buttersäuren sind als Reaktionsmedien geeignet Eisessig wird vorzugsweise in dem vorstehend genannten Volumenbereich eingesetzt

Andere Lösungsmittel führen nur zu der entsprechenden Maleamidsäure, ohne Ringschluß. Anschließend kristallisiert das Produkt beim Kühlen, die kristalline Masse wird durch Filtrieren gewonnen, mit Äthanol oder Wasser gewaschen und im Vakuum getrocknet. In Fällen, wo sich kein kristallines Produkt beim Kühlen ausscheidet, wird ein Teil oder das gesamte saure Lösungsmittel aus der Reaktionslösung durch Destillation im Vakuum oder Verdampfen im Vakuum entfernt Der Rückstand kann anschließend mit verdünntem Alkohol oder Wasser, unter Bildung des kristallinen N-(2-Methyl-l-naphthyl)-maleinimids triturieri werden. Wieder wird der Feststoff durch Filtrieren gewonnen, mit verdünntem Alkohol oder Wasser gewaschen und bei 50° C über P2O5 im Vakuum getrocknet.

Normalerweise ist das in der vorstehenden Weise erhaltene Produkt rein genug zur Anwendung als Biozid. Ist jedoch eine weitere Reinigung erwünscht, so kann die vorstehende Verbindung bequem gereinigt werden, entweder durch Umkristallisieren oder durch Säulenchromatographie. Zum Umkristallisieren sind folgende Lösungsmittel oder Kombinationen davon am geeignetsten: niedrige Alkohole, insbesondere Methanol, Äthanol, 2-Propanol, wäßriger Alkohol, Äthylacetat Essigsäure, Methylenchlorid, Chloroform, Petrolither, Benzol, Toluol, Aceton, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid. Zur Säulenchromatografie können sowohl Siliciumdioxidgel als auch neutrales Aluminiumoxid mit ausgezeichneten Ergebnissen verwendet werden. Die besten Lösungsmittel oder Lösungsmittelkombinationen zum Eluieren sind Chloroform, Methylenchlorid, Äthylacetat, Benzol, Toluol und Petroläther sowie verträgliche Gemische davon.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Verbindung zeigt sich am besten in folgender allgemeiner Anwendungsform: Zu einem filmbildenden Gemisch, das ein synthetisches polymeres Material enthält, das zu einer kontinuierlichen Phase verarbeitet werden soll und das die üblichen Zusätze enthält, wie Farbstoffe, Pigmente,

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Beispiel 1

Eine Lösung von 538 g 2-Methyl-1-naphthylamin in 700 ml Eisessig wird in einen 3-1-Dreihalskolben, ausgerüstet mit einem Rührer, Rückflußkühler und Thermometer, eingebracht. Zu dieser Lösung fügt man eine Lösung von 373 g Maleinsäureanhydrid in 500 ml Eisessig in Form eines langsamen Stromes unter kräftigem Rühren. Das Gemisch wird 3 Stunden unter Rückfluß erwärmt. Beim anschließenden Kühlen auf Raumtemperatur und gelegentlichem Rühren zur Einleitung der Kristallisation kristallisiert das N-(2-Methyl-l-naphthyl)-maieinimid ui;d wird durch Filtrieren gewonnen. Das Material wird fast trocken gesaugt und mit 95%igem wäßrigem Äthanol und einer großen Menge an Wasser gewaschen. Es wird in einem Vakuumofen bei 80 bis 110° C während 8 Stunden getrocknet, wobei man 623 g (76,8% der Theorie) einer technisch reinen Probe in Form eines hellgelben kristallinen Pulvers erhält, das bei 156-158⁰C schmilzt.

Unter Anwendung größerer Mengen an Eisessig erhält man etwa die gleichen Ergebnisse während eines 1- bis lOstündigen Erwärmens. Liegt jedoch die Erwärmungszeit unter 1 Stunde, so wird die Ausbeute verringert.

Führt man die vorstehende Reaktion ohne Lösungsmittel bei Temperaturen von 130 bis 190° C durch, so verfestigt sich das Reaktionsgemisch beim Kühlen und man reinigt das gewünschte Produkt durch Umkristallisieren aus Äthanol oder verdünntem Äthanol.

In beiden Fällen ergeben höhere Reaktionstemperaturen und kürzere Reaktionszeiten etwa die gleiche Ausbeute wie niedrigere Temperaturen und längere Reaktionszeiten.

Versuchsbericht Beispiel A

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, bei denen Proben von Baumwollgeweben einer Tauch-Überzugsbehandlung in einer wäßrigen Lösung zur Absorption

Weichmacher oder Konserviermittel, fügt man 0,005 bis 55 von 0,5 Gew.-% der erfindungsgemäßen Verbindung 5,0 Gew.-°/o N-(2-Methyl-l-naphthyl)-maleinimid und unterzogen wurden, worauf diese Proben in einem dispergiert sämtliche Bestandteile unter Bildung einer Nähragar während 24 Stunden bei 37° C mit einer rosa homogenen Masse. Ein derartiges Gemisch ist unter Färbung von Bakterien (Pink Stain) oder mit gemischnormalen Lagerungsbedingungen stabil; es kann wäh- ten Sporen (A. niger, A. flavus, C. globosum und P. rend längerer Zeiträume unter Bedingungen gelagert 60 funiculosum) während 14 Tagen bei 31° C und 90% werden, die normalerweise für derartige Materialien Feuchtigkeit inkubiert wurden. Aus der Tabelle I, erforderlich sind. Der geformte Gegenstand der unter Spalte A, ist ersichtlich, daß man einen ausgezeichneten Verwendung dieses Gemischs hergestellt oder überzo- Schutz erhielt. In den meisten Fällen erhielt man auch gen wurde, ist anschließend widerstandsfähig gegen den einen Schutz der umgebenden und direkt in Kontakt mit Angriff von Fungi oder Bakterien. Dies ist der Fall, ₆5 den Baumwollfasern befindlichen Flächen, sowie man in unabhängig davon, ob der Gegenstand erhalten wurde den meisten Fällen ebenfalls gute Ergebnisse nach durch Druckverformung, Spritzgußformen oder Strang- Bestrahlung der Proben während 24 Stunden mit pressen oder ob es sich um einen Oberflächenfilm UV-Licht (Spalte B) erhielt.

Tabelle I

Staph. aureus	7/NGCA	6/NGCA
K. pneumoniae	1/NGCA	0/GCA
Pink Stain	7./NS	5/NS
Gemischte Sporen	2/NG	0/NG
NG = kein Wachstum.
CA = Kontaktfläche.
GCA = Wachstum in CA.
NS = keine Färbung.

Die Zahl, die den vorstehenden Abkürzungen vorausgeht, bezeichnet die Größe der geschützten Fläche in mm.

Beispiel B

Baumwoliproben, die 0,5% N-(2-MethyI-l-naphthyI)-maleinimid enthielten, wurden waagerecht auf eine etwa 10 cm dicke Erdbodenschicht aufgebracht und mit einer Schicht von etwa 2,5 cm leicht aufgeschüttetem Erdboden bedeckt. Die Boden-»Sandwiches« wurden

Tabelle Il

während 14 Tagen bei 30⁰C und 90% relativer Feuchtigkeit in eine Feuchtigkeitskammer eingebracht und anschließend wurden die Gewebe visuell begutachtet Die nach dieser strengen Untersuchung erhaltenen Proben befanden sich in ausgezeichnetem Zustand und zeigten kein Anzeichen einer Zerstörung.

Beispiel C

ίο Es wurden Folienstreifen hergestellt aus Polyvinylchlorid, das die üblichen Weichmacher, Farbstabilisatoren, Konserviermittel, UV-Stabilisatoren und 0,5 Gew.-% der erfindungsgemäßen Verbindung enthielt. Sie wurden in üblicher Weise untersucht sowie nach 300stündiger Behandlung in einem Weather-Ometer mit intermittierendem Besprühen mit Wasser und anschließendem Inokulieren mit einigen der vorstehenden Bakterien oder gemischten Sporen. Die Ergebnisse sind nachstehend angegeben im Vergleich mit dem nächstkommenden Homologen N-(l-Naphthyl)-maIeinimid und einem der besten handelsüblichen Biozide 10,10'-Oxybisphenoxarsin, wobei jeweils ein Gehalt von 0,5% verwendet wurde.

Neue Verbindung

0 100 200

300

Homologes
100

10,10'-Oxybisphenoxarsin
0 100 200

300 Sld.

Staph. aureus
K. pneumonia

Pink Stain
Gemischte Sporen

7/NGCA 6/NGCA 6/NGCA 5/NGCA 5/NGCA 4/NGCA 9/NGCA 8/NGCA 5/NGCA 2/NGCA

0,5/NGC 0,5/NGC 0/NGCA 0/NGCA 0,5/

NGCA

.8/NS 7/NS 7/NS 6/NS 4/NS 3/NG 2/NG 1/NG 0,5NG 0,5NG 0/GCA 8/NGCA 7/NGCA 1/NGCA 0/NGCA

6/NS
0/NG

8/NS
I4/NG

5/NS
8/NG

3/NS
3/NG

0/HS
0/TRG

TRG = Wachstumspuren.
HS ·= stärkt. Färbung.

Aus der Tabelle II ist ersichtlich, daß interessanterweise bei gramnegativen K. pneumoniae die erfindungsgemäße Verbindung hochwirksam ist, wohingegen das Homologe N-(l-Naphthyl)-maleinimid nach lOOstündiger UV-Bestrahlung versagt. Die Tabelle II zeigt auch, daß die erfindungsgemäße Verbindung auch im Vergleich mit dem Handelspräparat sehr günstig ist und sich gegenüber dem letzteren bei allen Vergleichen nach 300stündiger UV-Licht-Bestrahlung auszeichnet.

Beispiel D

Hölzerne Spatel zur Zungen- bzw. Rachenuntersuchung wurden in Vinyl-acryl-Anstrichmittel-Verbindungen getaucht, die in folgender Weise hergestellt wurden.

Wasser	250 Teile
anionisches oberflächen
aktives Mittel	8 Teile
nichtionisches oberflächen
aktives Mittel	2,5 Teile
Tetrakaliumphosphonat	1 Teil
Hydroxyäthylcellulr ^c	2,5 Teile
Äthylenglykol	25 Teile
Celluloseacetat	15 Teile
Entschäumungsmittel	3 Teile
Titandioxid	175 Teile
Magnesiumsilicat	250 Teile
Biozid	etwa 6 g/l

Vinyl-acryl-Emulsion und 1 Teil eines Entschäumungsmittels vermischt.

Nach dem Trocknen des Anstrichmittels wurde die behandelte Oberfläche mit einem Gemisch von A. pullulans, P. funiculosum und A. niger, einem Gehalt von jeweils 10 000 Sporen/ml inkubiert. Die Proben wurden anschließend in eine Schimmelkammer während etwa 4 Wochen bei 30° C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% eingebracht. Die nachfolgende Tabelle III zeigt einen Vergleich, der mit der erfindungsgemäßen Verbindung behandelten Proben, mit einer Kontrollprobe (kein Biozid) und einer Probe, die die gleiche Menge des handelsüblichen Biozids Tetrachlorisophthalonitril enthielt. Die Bewertungen wurden wie folgt vorgenommen: 0 = kein Wachstum auf der Probe, 1=0 bis 25% Wachstum, 2 = 25 bis 50% Wachstum, 3=50 bis 75% Wachstum und 4 = 75 bis 100% Wachstum der Sporen an der behandelten Oberfläche. Es sind die Bewertungen für die drei Proben mit jedem untersuchten Anstrichmittelgemisch aufgeführt.

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Tabelle III

Probe

Bewertung

Kontroüversuch	4	4	4
₆₅ N-(2-Methyl-l-naphthyl)-	0	0,5	0,5
maleinimid

Die vorstehenden Bestandteile wurden 20 Minuten lang dispergiert und anschließend mit 400 Teilen einer Tetrachlor-isophthalonitril
[vgl. Merck-Index 1976, 89081

0,5

Beispiel E

Es wurden zur Untersuchung geeignete Bretter hergestellt durch Aufteilen von Brettern aus Weymouthkiefer von 17,8 χ 91,4 ein in 6 Abschnitte von 17,8 χ 15,2 cm. Jeder der Abschnitte wurde mit einem Vinyl-acryl-Anstrich bestrichen, der entweder kein Biozid (blank) oder ein Biozid in der angegebenen Konzentration enthielt. Die Vinyl-acryl-Anstriche wurden nach der Formulierung und der Methode des Beispiels D hergestellt

Die bestrichenen Bretter wurden getrocknet und unter Standard-Bedingungen in einem Feld in der Nähe von San Juan, Puerto Rico, ausgesetzt. Die Bedingungen und das Wachstum von Mikroorganismen auf den Brettern wurden nach 4 Monaten bewertet. Eine Anstrichemulsion, die etwa 6 g/l N-(2-Methyl-l-naphthyl)-maleinimid enthielt, zeigte eine Bewertung von 9,

ein Anstrich mit etwa 1,1 kg/1 Di-(phenylquecksilber)-dodecenylsuccinat zeigte eine Bewertung von 5 und Anstriche, die keine Biozide enthielten, zeigten Bewertungen von 2 auf einer Skala, bei der 10 kein Bakterienoder Funguswachstum bedeutet und 0 ein völliges Überwachsen der angestrichenen Bretter bedeutet

Die vorstehenden Beispiele A bis D zeigen, daß das erfindungsgemäße N-(2-Methyl-l-naphthyl)-maleinimid sowohl zur Bekämpfung von Bakterien, als auch von Pilzen geeignet ist und dabei seinen Homologen, sowie metallorganischen Bioziden auf organischer Basis überlegen ist.

Die erfindungsgemäße Verbindung weist auch eine äußerst geringe Toxizität auf. Bei der Ratte liegt der LD₅o-Wert über 7 g/kg Körpergewicht, so daß eine genaue Ermittlung gar nicht möglich ist. 500 mg der Verbindung, aufgetragen auf eine Fläche von 12 χ 12 cm enthaarte Kaninchenhaut ergaben keine Reizung.

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Claims

Patentansprüche:

1. N-(2-Methyl-l-naphthyl)-maIeinimid der Formel

2. Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in an sich bekannter Weise äquimolare Mengen von 2-Methyl-l-naphthylamin mit Maleinsäureanhydrid ohne Lösungsmittel während mindestens einer Stunde auf eine Temperatur von 130 bis 190⁰C erwärmt oder in Anwesenheit einer niedrigen Fettsäure auf eine Temperatur von 100⁰C bis zum Siedepunkt des Reaktionsgemischs während 1 bis 10 Stunden erwärmt

3. Verwendung der Verbindung nach Anspruch 1 bei der Bekämpfung von Bakterien und Pilzen.